JP2517380B2

JP2517380B2 - 半導体集積回路の製造方法

Info

Publication number: JP2517380B2
Application number: JP1010212A
Authority: JP
Inventors: 芳明佐野; 信之関川; 利正定方; 忠良高田
Original assignee: Sanyo Denki Co Ltd
Current assignee: Sanyo Denki Co Ltd
Priority date: 1989-01-19
Filing date: 1989-01-19
Publication date: 1996-07-24
Anticipated expiration: 2011-07-24
Also published as: JPH02191337A

Description

【発明の詳細な説明】（イ）産業上の利用分野本発明は半導体集積回路およびその製造方法に関し、
特に集積密度を大幅に向上させた半導体集積回路および
その製造方法に関するものである。

（ロ）従来の技術半導体集積回路は、高性能化、高機能化が進む中で、
高集積化が非常に重要なポイントとなっている。

例えばバイポーラトランジスタの場合、構造や製造方
法が「最新LSIプロセス技術」工業調査会（1984年４月2
5日発行）等に詳しく述べられている。

このバイポーラトランジスタ（１）は第５図の如く、
Ｐ型の半導体基板（２）上にＮ型のエピタキシャル層
（３）が積層され、この半導体基板（２）とエピタキシ
ャル層（３）の間には、N⁺型の埋込み層（４）が形成さ
れている。

またこの埋込み層（４）の周囲には、前記エピタキシ
ャル層（３）表面から前記半導体基板（２）かに到達さ
れたP⁺型の分離領域（5）がある。この分離領域（5）
は、エピタキシャル層表面より一気に拡散しても良い
し、第５図の如く、上下分離法によって拡散しても良
い。

また前記分離領域（5）によって、前記エピタキシャ
ル層（３）より成るアイランド（６）が形成され、この
アイランド（６）がＮ型のコレクタ領域と成る。またこ
のアイランド（６）内に形成されたＰ型のベース領域
（７）と、このベース領域（７）内に形成されたN⁺型の
エミッタ領域（８）と、前記コレクタとなるエピタキシ
ャル層が露出している領域に形成されたコレクタコンタ
クト領域（９）とがあり、また前記エピタキシャル層
（３）上に形成されたSiO₂膜のコンタクト孔を介して形
成された夫々の電極がある。

次にこのバイポーラトランジスタ（１）の製造方法に
ついて述べる。先ずＰ型の半導体基板（２）上に、SiO₂
膜を形成し、このSiO₂膜に埋込み層（４）の拡散孔を形
成し、この拡散孔を介してアンチモンを前記半導体基板
（２）に拡散する第１の工程がある。

ここで第５図の場合、前記分離領域（5）は、上下分
離によって達成されているので、拡散孔を介してボロン
を拡散しP⁺型の下側拡散層（10）も拡散される。

次に前記半導体基板（２）表面にエピタキシャル層
（３）を積層し、このエピタキシャル層（３）にSiO₂膜
を形成する。このSiO₂膜は、ホトレジス膜の塗布、マス
ク合わせ、露光およびエッチング等によって、分離領域
（5）の上側拡散孔（11）の拡散孔が形成され、この拡
散孔を介してボロンが拡散されて前記分離領域（5）が
形成される第２の工程がある。

続いて、再度ホトレジスト膜の塗布、マスク合わせ、
露光およびエッチング等によって、前記SiO₂膜に前記ベ
ース領域（８）の拡散孔を形成し、この拡散孔を介して
ボロンを拡散し、ベース領域（８）を形成する第３の工
程がある。

更に、再度ホトレジスト膜の塗布、マスク合わせ、露
光およびエッチング等によって、前記SiO₂膜にエミッタ
領域（８）およびコレクタコンタクト領域（９）の拡散
孔を形成し、この拡散孔を介してヒ素を拡散し、エミッ
タ領域（８）とコレクタコンタクト領域（９）を形成す
る第４の工程がある。

最後に、再度ホトレジスト膜の塗布、マスク合わせ、
露光およびエッチング等によって、前記SiO₂膜に前記エ
ミッタ領域（８）、ベース領域（７）およびコレクタコ
ンタクト領域（９）のコンタクト孔を形成し、例えばAl
蒸着して夫々の電極を形成する第５の工程がある。

（ハ）発明が解決しようとする課題前述の第１乃至第５の工程によってバイポーラトラン
ジスタ（１）が達成される。しかし第２の工程、第３の
工程および第４の工程の拡散孔の形成は、マスク合わせ
やエッチングにより拡散領域の形成位置に設計値からの
ずれが生じる。

第５図では、上下分離領域（5）の上側拡散領域（1
1）の拡散深さおよびベース領域（７）の拡散深さを、
夫々４μｍおよび１μｍとすると、横方向へ夫々同程度
広がる。またマスク合わせやエッチングによって第５図
の破線の如く、左側にずれてベース領域（７）が形成さ
れる事がある。もちろん右及び紙面に対して垂直方向に
ずれても同様な事がいえる。この事を考えて、実際は矢
印で示した幅（約２μｍ）の余裕を設けている。従って
両側で４μｍの余裕を、集積化されるトランジスタの夫
々に設定するため、集積度の向上の障害となっていた。

（ニ）課題を解決するための手段本発明は前述の課題に鑑みてなされ、エピタキシャル
層（24）表面の予定の分離領域（27）と素子領域との間
に厚いシリコン酸化膜（26）を形成する工程と、前記厚
いシリコン酸化膜（26）を使用し、前記エピタキシャル
層（24）内に分離領域（27）を形成する工程と、前記厚
いシリコン酸化膜（26）を使用し、前記素子領域内にベ
ース領域（29）を形成する工程とを備えることで解決す
るものである。

（ホ）作用エピタキシャル層（24）表面に約7000Åの厚いシリコ
ン酸化膜を形成し、この膜を拡散マスクとして使用して
いる。一端、この厚いシリコン酸化膜（26）を予定の分
離領域（27）と素子領域間に形成することによって、そ
の後のブロッキングマスクの形成精度はラフで良く、ベ
ース領域（29）を形成するためのブロッキングマスクの
開口部は広がる方向へずれても精度良く形成できる。

例えば、第１図Ｅの如く、ブロッキングマスク（28）
の開口部がベース領域より広がって形成されても、実際
は拡散マスクである7000Åの厚いシリコン酸化膜（26）
の端部でベース領域（29）が決定できる。従って従来設
定していたベース領域（29）のずれによる余裕を設ける
必要がなくなり、大幅に集積度を向上させることができ
る。

（ヘ）実施例以下に本発明の第１の実施例である半導体集積回路の
製造方法を詳述する。先ず第１図Ａの如く、不純物濃度
が10¹⁵atom/cm³程度のＰ型シリコン半導体基板（21）の
表面に熱酸化膜を形成した後、N⁺型の埋込み層（22）の
形成予定領域を蝕刻した後、この開口部を介してＮ型の
不純物であるアンチモンやヒ素をドープする。続いてP⁺
型の上下分離領域の下側拡散層（23）の形成予定領域上
の熱酸化膜を開口し、この開口部を介してＰ型の不純物
であるボロンをドープする。

次に第１図Ｂの如く、前記半導体基板（21）上の熱酸
化膜を全て除去してから前記半導体基板（21）上に周知
の気相成長法によって比抵抗１〜５Ω・cmのＮ型のエピ
タキシャル層（24）を約３μｍ〜８μｍの厚さで形成す
る。この時は、先にドープした不純物は普通に拡散がお
こなわれている。

次に、温度約1000℃、１時間の熱酸化によって、前記
エピタキシャル層（24）表面に、約600Åの熱酸化膜を
形成した後、この半導体基板全体を約1200℃で熱処理し
て、先にドープした不純物を再拡散する。従って前記下
側拡散領域（23）は、前記エピタキシャル層（24）の半
分以上まで上方拡散される。また本工程によってエピタ
キシャル層（24）表面の熱酸化膜は約7000Åの厚さまで
成長をし、この熱酸化膜は、後述の厚いシリコン酸化膜
（以下拡散マスクと言う。）となる。ただし、前記熱酸
化膜を全て除去し、例えばシリコン窒化膜等を拡散マス
クとしても良いし、CVD法でシコン酸化膜を形成しても
良い。

続いて第１図Ｃの如く、上下分離領域の上側拡散領域
（25）と素子領域に対応する拡散マスク（26）をドライ
エッチングし、分離領域（27）と素子領域間に拡散マス
ク（26）を形成する。この後、エピタキシャル層（24）
の露出している領域をダミー酸化して、約600Åのダミ
ー酸化膜（26′）を形成する。このダミー酸化膜（2
6′）は、後のイオン注入工程によるエピタキシャル層
（24）のダメージを減少し、また注入されるイオンをラ
ンダムに分散して均一に注入するために用いる。参考ま
でにこの工程における平面図を第６図に示す。点でハッ
チングした所で拡散マスク（26）であり、斜線でハッチ
ングした領域がダミー酸化膜（27）である。また破線で
エミッタ領域とコレクタコンタクト領域の形成予定位置
を示す。

続いて第１図Ｄの如く、注入イオンのブロックが可能
なレジスト膜、いわゆるブロッキングマスク（28）を全
面に被覆した後、前記上側拡散領域（25）に対応するブ
ロッキングマスク（28）を除去し、Ｐ型の不純物である
ボロンをドーズ量10¹⁴cm^-2、加速電圧40KeVの条件で注
入し、上側拡散領域（25）を形成する。

本工程では、図の如くブロッキングマスク（28）の開
口部を拡散マスク（26）の開口部より大きく形成して
も、前記拡散マスク（26）の開口部と前記上側拡散領域
（25）の形成位置が一致することを示している。

その後、前記ブロッキングマスク（28）の除去、アッ
シングを経て、温度約1000℃で１時間の熱処理を非酸化
性雰囲気内でおこない、前記上側拡散領域（25）を下側
拡散領域（23）へ到達させる。

続いて、第１図Ｅの如く、ブロッキングマスク（28）
を全面に被覆し直し、少なくともベース領域（29）に対
応するブロッキングマスク（28）を除去する。その後、
ドーズ量10¹⁴cm^-2、加速電圧40KeVの注入条件でボロン
をイオン注入し、ベース領域（29）を形成する。

前工程と同様に、ブロッキングマスク（28）の開口部
を拡散マスク（26）の開口部より大きくしても、前記拡
散マスク（26）の開口部とベース領域（29）の形成位置
が一致している。ここでは上側拡散領域（25）に対応す
るブロッキングマスク（28）も開口し、ベース領域（2
9）のイオン注入と同時に再度注入しても良い。

一方、本工程は前工程のブロッキングマスク（28）を
全て除去し、第１図Ｃの酸化膜の状態でイオン注入をし
ても良い。この場合も、ベース領域（29）の形成位置が
拡散マスク（26）の開口部と一致している。

本工程は本発明の特徴となる工程であり、拡散マスク
（26）によってベース領域（29）の形成位置が決定され
る点にある。

第１図Ｅに於いて、ベース領域（29）を形成する場
合、ブロッキングマスク（28）の開口部が本来のベース
領域の形成位置よりラフに広がっていても、拡散マスク
（26）によって形成位置が決定できるので、第５図の従
来例で示した如く、ベース領域（29）の形成位置のずれ
は生じない。従って従来分離領域（27）とベース領域
（29）間に設けられたずれによる余裕が不要となるの
で、集積密度の向上、半導体チップの縮小化が実現でき
る。

従って第１図Ｃの工程で、一端、拡散マスク（26）に
分離領域（27）とベース領域（29）の開口部を精度良く
形成しておくだけで、この後の分離領域（27とベース領
域（29）の形成に際して、従来例で示したマスク合わせ
やエッチングによるずれを考えることなく、マスク合わ
せやエッチングは形成予定位置より広げるだけで精度的
にラフですむ。また前記余裕は、ベース領域（29）の周
辺に渡り不要となるので、平面的に考えればベース領域
（29）の縦および横方向が不要となる。

更に、第１図Ｆの如く、N⁺型のエミッタ領域（30）と
N⁺型のコレクタコンタクト領域（31）をイオン注入によ
って形成する。

本工程ではエピタキシャル層（24）表面に形成される
SiO₂膜は、第１図Ｃの状態と実質的には同じである。従
って厚い方は約7000Å、薄い方は約600Åである。この
状態でコンタクト孔となるイオン注入孔をエッチングす
るとエミッタ領域（30）上のSiO₂膜は、コレクタコンタ
クト領域（31）上のSiO₂膜より薄いため、コレクタコン
タクト領域（31）に設けられたイオン注入孔が完全に開
くまでには、エミッタ領域（30）のエピタキシャル層
（24）がエッチングされてしまう。

そのために、ブロッキングマスク（28）を除去した
ら、エミッタ領域（30）を含むベース領域（29）がエッ
チングされない程度まで、エピタキシャル層（24）上の
SiO₂膜をエッチングし、その後全面にノンドープのSiO₂
膜を2000Å、リンドープのSiO₂膜を3000Å積層し、第１
図Ｆの如く全面の膜厚差があまり生じないように形成す
る。

その後で、ベース領域（29）を拡散させるために熱処
理をする。

その後、ドライエッチングによってエミッタ領域（3
0）、ベースコンタク領域（32）およびコレクタコンタ
クト領域（31）に対応するSiO₂膜（33）を除去する。そ
して全面にブロッキングマスク（28）を被覆し、エミッ
タ領域（30）とコレクタコンタクト領域（31）に対応す
るブロッキングマスク（28）を除去し、この開口部を介
してＮ型の不純物であるヒ素をドーズ量10¹⁵cm^-2前後、
加速電圧80KeV程度の条件で注入する。

然るのち、ブロッキングマスク（28）を除去し、非酸
化性雰囲気内で1000℃１時間の熱処理を施して拡散し、
その後エピタキシャル層（24）の露出しているエミッタ
領域（30）、ベースコンタクト領域（32）およびコレク
タコンタクト領域（31）表面をライトエッチングし、夫
々にアルミニウムの蒸着により、第１図Ｇの如く電極を
形成する。

また必要に応じては、第２層目の絶縁膜例えばポリイ
ミド樹脂やCVD法によるSiO₂膜等を被覆し、第２層目に
電極を形成しても良い。

以上の工程で本発明の製造方法は終了する。また本製
造方法は次のようにしても良い。実質的には前述の製造
方法と同じであるので詳細な説明は省略する。

先ず第１図Ａの如く、Ｐ型の半導体基板（21）上に、
埋込み層（22）と下側拡散領域（23）の不純物をドープ
する工程がある。

次に第１図Ｂの如く、半導体基板（21）上にＮ型のエ
ピタキシャル層（24）を形成する工程がある。

次に第１図Ｃの如く、前記エピタキシャル層（24）表
面に拡散マスクとなる厚いシリコン酸化膜（26）を形成
し、上側拡散領域（25）と素子領域に対応する拡散マス
ク（26）を除去し、エピタキシャル層（24）の露出して
いる領域にダミー酸化膜（26′）を形成する工程があ
る。以上は第１の実施例と同じである。

続いて第３図の如く、前記拡散マスクを使用し上側拡
散領域（25）とベース領域（29）となる領域に同時にイ
オン注入して、形成する工程がある。

ここで本工程は、前述した第１の実施例の製造方法の
特徴に加え、上側拡散領域（25）とベース領域（29）と
同時に形成するために、工程数が削減できる特徴を有す
る。

更に第１図Ｆの如く、エミッタ領域（30）とコレクタ
コンタクト領域（31）を形成する工程がある。（以下の
工程は第１の実施例と同じである。）最後に第１図Ｇの如く、電極を形成する工程がある。

次に第２の実施例を説明する。実質的には第１図と同
じであるので詳細な説明は省略する。

先ず第２図Ａの如く、Ｐ型の半導体基板（51）上に熱
酸化膜を形成し、この熱酸化膜の開口部を介して埋込み
層（52）の予定領域に不純物をドープし、その後熱酸化
膜の開口部を介して下側拡散領域（53）の予定領域に不
純物をドープする。

次に第２図Ｂの如く、前記半導体基板（51）上にエピ
タキシャル層（54）を形成し、このエピタキシャル層
（54）表面に熱酸化膜を形成した後で、先にドープした
不純物を再拡散する。（以上は第１の実施例と同じであ
る。）続いて第２図Ｃの如く、前工程の再拡散によって形成
された約7000Åの拡散マスク（55）をエッチングして、
予定の分離領域（56）と素子領域間に拡散マスク（55）
を形成し、同時にコレクタコンタクト領域（57）の周囲
にこの拡散マスク（55）を形成する。従って本工程に於
いて、上側拡散領域（58）、ベース領域（59）およびコ
レクタコンタクト領域（57）に対応する拡散マスク（5
5）が除去される。更にはこの除去領域にダイー酸化膜
（60）を形成する。

参考までに、この工程における平面図を第７図に示
す。点でハッチングした領域が拡散マスク（55）であ
り、斜線でハッチングした領域がダミー酸化膜（60）で
ある。また破線でエミッタ領域とコレクタコンタクト領
域の形成予定領域を示す。

本工程は本発明の特徴とする所であり、後の工程でベ
ース領域（59）もコレクタコンタクト領域（57）の形成
位置も前記拡散マスク（55）の開口部で決定されるとこ
ろに特徴を有する。

続いて第２図Ｄの如く、上側拡散領域（58）に対応す
る領域を除いてブロッキングマスク（61）を形成し、ボ
ロンをイオン注入して上側拡散領域（58）を形成する。

続いて第２図Ｅの如く、素子領域以外にブロッキング
マスク（61）を形成し、ボロンをイオン注入してベース
領域（59）を形成する。

更に第２図Ｆの如く、ブロッキングマスク（61）を形
成し直しヒ素をイオン注入してエミッタ領域（62）とコ
レクタコンタクト領域（57）を形成する。その後CVD法
によるSiO₂膜を形成し、熱拡散をした後、コンタクトホ
トエッチングをする。

最後に、第２図Ｇの如く、電極を形成する工程があ
る。

以上で本発明の第２の実施例の説明は終了する。また
この製造方法は次のようにしても良い。実質的には前述
の方法と同じであるので詳細な説明は省略する。

次に第２図Ｂの如く、前記半導体基板（51）上にエピ
タキシャル層（54）を形成し、このエピタキシャル層
（54）表面に熱酸化膜を形成した後で、先にドープした
不純物を再拡散する。（以上は第１の実施例と同じであ
る。）続いて第２図Ｃの如く、前工程の再拡散によって形成
された約7000Åの拡散マスク（55）をエッチングいて、
予定の分離領域（56）と素子領域間に拡散マスク（55）
を形成し、同時にコレクタコンタクト領域（57）の周囲
にこの拡散マスク（55）を形成する。従って本工程に於
いて、上側拡散領域（58）、ベース領域（59）およびコ
レクタコンタクト領域（57）に対応する拡散マスク（5
5）が除去される。更にはこの除去領域にダミー酸化膜
（60）を形成する。

続いて第４図の如く、コレクタコンタクト領域（57）
をブロッキングマスク（61）で被覆し、上側拡散領域
（58）とベース領域（59）に同時にイオン注入して形成
する工程がある。

本工程によって上側拡散領域（58）とベース領域（5
9）を同時にできるので工程数を削減できる。

更に第２図Ｆの如く、ブロッキングマスク（61）を形
成し直しヒ素をイオン注入してエミッタ領域（62）とコ
レクタコンタクト領域（57）を形成する。その後CVD法
によるSiO₂膜を形成し、熱拡散した後、コンタクトホト
エッチングをする。

最後に、第２図Ｇの如く、電極を形成する工程があ
る。

（ト）発明の効果以上の発明からも明らかな如く、予定の分離領域と予
定の素子領域間に厚いシリコン酸化膜を形成するための
ホトエッチング工程を精度良く一端形成し、このシリコ
ン酸化膜を拡散マスクとして使用して順次分離領域、ベ
ース領域を形成すると、ベース領域の形成位置が決定で
きる。従ってラフに形成したときのブロッキングマスク
のずれやエッチング時間等によってベース領域の形成位
置がずれないので、従来ベース領域と分離領域間に設け
ていた余裕が夫々のトランジスタに於いて不要となり、
更には多数トランジスタが集積されている半導体集積回
路では大幅にチップサイズを縮小でき、また集積度を向
上することができる。

また分離領域とベース領域は同じ導電型であるので、
予定の分離領域と予定の素子領域間に拡散マスクを形成
した後、分離領域とベース領域を同時に形成できる。従
って工程数を削減できるので、歩留りを向上することが
できる。

また拡散マスクを形成する工程に於いて、予定のコレ
クタコンタクト領域の周囲に拡散マスクを設けること
で、ベース領域と同様にコレクタコンタクト領域の形成
位置も決定できる。

更には、拡散マスクをシリコン酸化膜によって形成す
る場合、エピタキシャル層形成後の下側拡散層を再拡散
する工程を利用してこの拡散マスクを形成できる。その
ため拡散マスクの形成工程を新たに必要としない。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ乃至第１図Ｇは本発明の第１の実施例である半
導体集積回路の製造方法を示す断面図、第２図Ａ乃至第
２図Ｇは本発明の第２の実施例である半導体集積回路の
製造方法を示す断面図、第３図は第１の実施例に適用し
た別の工程を示す断面図、第４図は第２の実施例に適用
した別の工程を示す断面図、第５図は従来の半導体集積
回路を示す断面図、第６図は第１図Ｃの工程に対応した
平面図、第７図は第２図Ｃの工程に対応した平面図であ
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者高田忠良大阪府守口市京阪本通２丁目18番地三洋電機株式会社内 (56)参考文献特開昭57−91521（ＪＰ，Ａ) 特開昭55−55560（ＪＰ，Ａ) 特開昭55−110057（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】形成予定の分離領域の下側に分離領域に対
応する部分に一導電型の不純物がドープされた同導電型
の半導体基板に逆導電型のエピタキシャル層を形成し、
このエピタキシャル層を熱処理し、前記下側の分離領域
の不純物を前記エピタキシャル層の厚みの半分以上を占
めるように拡散し、この拡散工程を利用してイオン注入
のマスクとなる酸化膜を前記エピタキシャル層の上に成
長させる工程、前記工程により形成された酸化膜において、前記形成予
定の上側の分離領域および形成予定の一導電型のベース
領域に対応する前記酸化膜をエッチングし、前記形成予
定の上側の分離領域および前記形成予定のベース領域の
開口部を形成する工程と、前記形成予定の上側の分離領域の開口部および前記形成
予定のベース領域の開口部の端部で各領域を決定できる
ように不純物を導入し、前記上側の分離領域および前記
ベース領域を形成する工程とを少なくとも有することを
特徴とした半導体集積回路の製造方法。
【請求項２】前記ベース領域の拡散工程において、前記
酸化膜のみをマスクとし、前記ベース領域に一導電型の
不純物を導入すると同時に、前記上側の分離領域にも前
記不純物を導入することを特徴とした半導体集積回路の
製造方法。